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海上单桩风机基础破碎波载荷及其动力响应
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作者 许莲 《广东造船》 2023年第2期100-103,95,共5页
破碎波冲击载荷是极浅水固定式风机基础设计中不可忽略的载荷,但工程实践中对其评估方法并不成熟。本文介绍了海上固定式单桩风机基础在破碎波作用下的准静力和时域冲击力的计算原理和方法,以实际案例为基础,对于不同规范方法计算的破... 破碎波冲击载荷是极浅水固定式风机基础设计中不可忽略的载荷,但工程实践中对其评估方法并不成熟。本文介绍了海上固定式单桩风机基础在破碎波作用下的准静力和时域冲击力的计算原理和方法,以实际案例为基础,对于不同规范方法计算的破碎波冲击力进行了对比,采用SACS软件进行破碎波冲击载荷下的动态响应分析,给出了若干结论和建议,可为同类型项目的结构设计提供借鉴。 展开更多
关键词 海上单桩风机基础 破碎波载荷 动力响应分析
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海上单桩风机结构冰激振动响应分析 被引量:13
2
作者 朱本瑞 孙超 黄焱 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第1期88-96,共9页
针对冰区海上单桩风机易发生冰激振动的问题,以NREL 5MW风机为对象,详细开展其在风-冰联合作用下的动力响应研究。基于叶素动量理论,考虑Prandtl叶尖损失修正和Grauert修正,利用MATLAB编程计算获得叶片空气动力载荷;基于Maattanen自激... 针对冰区海上单桩风机易发生冰激振动的问题,以NREL 5MW风机为对象,详细开展其在风-冰联合作用下的动力响应研究。基于叶素动量理论,考虑Prandtl叶尖损失修正和Grauert修正,利用MATLAB编程计算获得叶片空气动力载荷;基于Maattanen自激振动模型,采用APDL开发冰区风机自激振动分析程序;基于我国渤海某海域冰情参数,从时域和频域对不同风-冰角下的风机结构动力响应特征进行分析,确定冰激锁频振动的冰速区间,并给出风机结构的最大位移响应振幅、基础倾覆力矩以及结构等效应力分布,结果表明:低冰速和高冰速下,风机塔顶与基础环顶的振动特性不同,中冰速时均表现为稳态的简谐振动;在常遇和极端冰厚下,均发生一阶锁频振动,对应的锁频冰速范围分别为0.01~0.06m/s和0.03~0.09m/s;锁频时,风机塔顶动力响应显著,两种冰厚下塔顶最大振幅分别1.425m和1.454m,最大等效应力响应分别为146MPa和183MPa,基础结构面外弯矩响应分别为243MN和358MN。文中研究结论和结果可为相似冰区海域同类风机结构的设计与优化提供技术参考。 展开更多
关键词 海上单桩风机 叶素动量理论 冰激振动 动力响应 有限元
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冰区海上单桩风机振动响应与控制 被引量:4
3
作者 朱本瑞 孙超 黄焱 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2021年第9期133-141,共9页
针对冰区海域风机结构冰激锁频振动问题,深入开展其冰激振动响应分析,提出基于三维摆式阻尼器的冰区风机振动控制方法。基于M??tt?nen-Blenkarn自激振动理论,采用APDL开发冰区风机自激振动分析程序;基于叶素动量理论,考虑Prandtl叶尖损... 针对冰区海域风机结构冰激锁频振动问题,深入开展其冰激振动响应分析,提出基于三维摆式阻尼器的冰区风机振动控制方法。基于M??tt?nen-Blenkarn自激振动理论,采用APDL开发冰区风机自激振动分析程序;基于叶素动量理论,考虑Prandtl叶尖损失修正和Grauert修正,利用MATLAB编程计算获得风机叶片空气动力载荷;针对NREL 5 MW海上单桩风机结构,考虑我国渤海海域一年一遇冰情,开展不同方向冰-风组合工况下的振动响应分析,给出风机结构发生锁频事件的冰速范围,并对有、无三维摆式阻尼器的风机塔筒响应进行对比分析,结果表明:单桩风机发生锁频事件对应的冰速范围为0.01~0.06 m/s,冰-风同向时,风机发生冰激锁频所对应的冰速范围最大,塔筒结构响应最大;三维摆式阻尼器能够显著抑制冰-风载荷联合作用下的塔筒面外和面内振动响应,从而大大提高其服役的安全性。该研究成果可为冰区服役风机结构的安全运行提供技术支持。 展开更多
关键词 海上单桩风机 海冰载荷 自激振动 动力响应 三维摆式阻尼器(3D-PTMD)
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考虑桩-弹性地基相互作用的单桩风机自振频率 被引量:5
4
作者 牛文杰 《地震工程学报》 CSCD 北大核心 2016年第5期713-719,共7页
考虑桩-弹性地基相互作用,采用集中质量法和柔度法对泥面线以上的单桩风机结构进行多自由度动力分析,确定单桩风机的自振频率。通过算例给出单桩风机的自振频率值,并与不考虑桩-弹性地基相互作用的单桩风机的自振频率值进行比较。
关键词 单桩风机 自振频率 基础和弹性地基的相互作用 柔度法 集中质量法
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径向软化成层土中单桩风机水平振动特性研究 被引量:2
5
作者 王腾 王婵 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2021年第11期86-93,共8页
基于多圈层平面应变土体水平振动模型,得到桩周土体径向软化水平动刚度的解析解。在此基础上,建立径向非均质成层土中桩基水平振动模型,利用传递矩阵法得到桩顶动刚度阵,采用等效固定梁模型将桩土系统耦合到风机仿真软件FAST 8中,对桩... 基于多圈层平面应变土体水平振动模型,得到桩周土体径向软化水平动刚度的解析解。在此基础上,建立径向非均质成层土中桩基水平振动模型,利用传递矩阵法得到桩顶动刚度阵,采用等效固定梁模型将桩土系统耦合到风机仿真软件FAST 8中,对桩周土径向软化对风、波浪荷载作用下单桩风机水平动力响应的影响进行研究。结果表明:桩周土软化对桩顶动刚度影响显著,当土体模量衰减系数为0.25时,与均质土相比桩顶水平刚度降低28.66%;随桩周土模量衰减系数的减小,与均质土相比风机系统的1阶和2阶自振频率分别降低13.08%和16.67%;风机塔顶位移、转角的时程和谱响应表明桩周土土体模量衰减系数为0.25时,塔顶位移和转角的方差与均质土分别相差2.68%和1.37%,位移和转角响应谱峰值约为均质土的2.77倍和2.69倍。 展开更多
关键词 径向软化 成层土 单桩风机 水平振动 FAST软件
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大直径单桩风机基础冰荷载模型试验研究 被引量:14
6
作者 武海斌 黄焱 李伟 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2018年第2期83-91,共9页
针对渤海某海域以单桩结构为支撑的海上风电系统,对大直径直立桩风机基础进行了一系列静冰载荷模型试验研究。首先,针对目标海域海冰调研结果确定多个冰速工况,对3 MW及4 MW装机功率对应的两种不同直径的单桩基础开展静冰载荷模型试验;... 针对渤海某海域以单桩结构为支撑的海上风电系统,对大直径直立桩风机基础进行了一系列静冰载荷模型试验研究。首先,针对目标海域海冰调研结果确定多个冰速工况,对3 MW及4 MW装机功率对应的两种不同直径的单桩基础开展静冰载荷模型试验;随后在试验现象及试验结果的分析中重点关注了冰排在大直径结构前的破坏模式及破坏特点;最终,通过对比模型试验冰力极值试验结果与多规范冰载荷计算结果,确定大直径直立桩静冰载荷计算规范的合理选择,并根据试验结果对直立桩静冰载荷计算方法进行了经验参数修正。得出的相关结论可为渤海海域大直径单桩式风机基础冰载荷的工程估算提供参考。 展开更多
关键词 风机基础 静冰载荷 冰排 海上风电 渤海
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基于桩土耦合作用的单桩式风机承载力可靠性研究
7
作者 汤苏西 殷齐麟 +1 位作者 翟金金 王薇 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2024年第8期1254-1264,共11页
大直径单桩是海上风机重要的基础型式,其承载力可靠性是桩基设计的关键问题。本文考虑实际多土层的地质条件以及风速、波高、周期等环境参数的相关性,改进并采用BP神经网络与蒙特卡罗模拟相结合的方法,对大直径单桩风机在正常使用极限状... 大直径单桩是海上风机重要的基础型式,其承载力可靠性是桩基设计的关键问题。本文考虑实际多土层的地质条件以及风速、波高、周期等环境参数的相关性,改进并采用BP神经网络与蒙特卡罗模拟相结合的方法,对大直径单桩风机在正常使用极限状态(SLS)下的承载力可靠性开展研究;基于桩-土接触面模型进行确定性的承载力分析,分别对砂土、粘土海床中的准确性进行验证,并采用该模型确定神经网络训练点的准确解;最后,以LW 8MW风机为例,进行SLS下单桩风机承载力可靠性分析。该方法可以为国内后续海上风电场的设计建设提供参考。 展开更多
关键词 单桩风机 承载力可靠性 -土接触面模型 BP神经网络与蒙特卡罗模拟 参数相关性
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新型搭岸式单桩风机安装船作业性能数值研究
8
作者 鞠鹏 刘德进 +3 位作者 冯甲鑫 梁海志 闫俊 乔东生 《中国造船》 EI CSCD 北大核心 2023年第2期214-225,共12页
提出一种新型搭岸式单桩风机安装设备及作业方法,将既有的半潜式驳船改造为风机安装船,实现风机上部结构的整体浮运。安装船在工作海域就位后向船舱注水使得船首支腿与固定式导向架搭岸并由锚泊系统辅助定位。该安装方法兼具自升式安装... 提出一种新型搭岸式单桩风机安装设备及作业方法,将既有的半潜式驳船改造为风机安装船,实现风机上部结构的整体浮运。安装船在工作海域就位后向船舱注水使得船首支腿与固定式导向架搭岸并由锚泊系统辅助定位。该安装方法兼具自升式安装平台受风浪干扰小和浮式安装法就位迅速的优势,同时无需海上吊装作业。基于Cummins方程和半物理仿真建模方法建立风机安装船的运动响应数值模型,模拟搭岸处安装船与导向架之间的相互作用力以及锚泊系统作用力,在时域范围内评估安装作业船在工作海况下的运动性能。结果表明,该新型搭岸式单桩风机安装船运动性能满足风机安装要求,是一种高效可靠的安装方式。 展开更多
关键词 单桩风机安装 搭岸式 运动响应 半物理仿真
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基于FAST的近海单桩风机地震响应分析
9
作者 徐亚洲 段静 +1 位作者 张祖祯 毛荟楠 《热能动力工程》 CAS CSCD 北大核心 2022年第9期161-169,共9页
为研究近海单桩风机塔架地震动力响应特性,以FAST v7软件为基础自编程开发地震分析模块,形成风机地震动力学耦合仿真平台S-FAST,并采用ABAQUS和Seismic软件验证其有效性。基于扩充的S-FAST平台,计算NREL 5 MW近海单桩风机塔架在湍流风... 为研究近海单桩风机塔架地震动力响应特性,以FAST v7软件为基础自编程开发地震分析模块,形成风机地震动力学耦合仿真平台S-FAST,并采用ABAQUS和Seismic软件验证其有效性。基于扩充的S-FAST平台,计算NREL 5 MW近海单桩风机塔架在湍流风、非规则波浪和地震作用下的动力响应。结果表明:地震是塔顶振动的控制荷载,风浪荷载可有效抑制塔顶振动;塔基面内弯矩主要由地震荷载引起,风浪荷载主要影响塔基面外弯矩;风浪荷载引起的塔基面外弯矩占风、波浪和地震耦合作用工况的69%;风浪荷载和地震荷载之间存在非线性耦合关系,结构设计时应采用全耦合的方法进行结构响应计算。 展开更多
关键词 FAST 近海单桩风机 地震分析模块 结构动力响应
原文传递
改进的台风下单桩海上风机易损性分析方法及应用 被引量:6
10
作者 黄国庆 赵晨旭 +3 位作者 周绪红 魏凯 吴凤波 张诗宜 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第2期331-341,共11页
提出了一种改进的台风作用下单桩海上风机易损性分析方法,该方法包括:进行台风模拟,根据模拟台风确定单桩海上风机处的风浪强度指标;将风浪荷载施加在单桩海上风机上,在考虑荷载随机性的情况下得到风机塔筒和桩基的响应极值概率分布曲线... 提出了一种改进的台风作用下单桩海上风机易损性分析方法,该方法包括:进行台风模拟,根据模拟台风确定单桩海上风机处的风浪强度指标;将风浪荷载施加在单桩海上风机上,在考虑荷载随机性的情况下得到风机塔筒和桩基的响应极值概率分布曲线;基于非线性屈曲分析得到风机主要构件的承载力概率分布曲线;结合风机主要构件的屈服和屈曲等承载力概率分布曲线,求得单桩海上风机在屈服或屈曲模式下的破坏概率。同时结合江苏某风电场的风浪特性对某5 MW风机进行了风致易损性分析。分析结果可为提升海上风机抗台风风险能力提供参考。 展开更多
关键词 易损性 海上风机 台风 屈服 屈曲
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台风过境下大型单桩式海上风机结构动力特性研究 被引量:3
11
作者 秦梦飞 施伟 +2 位作者 柴威 付兴 李昕 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期881-891,I0001,共12页
风机大型化是我国海上风电技术发展的重要方向.东南沿海是我国海上风电发展的重要基地,这一区域频繁发生的台风对海上风机的影响不可忽略.台风风场与常规大风风场有不同的湍流特性,同时台风期间较高的风速会引起巨大的台风浪.本文考虑... 风机大型化是我国海上风电技术发展的重要方向.东南沿海是我国海上风电发展的重要基地,这一区域频繁发生的台风对海上风机的影响不可忽略.台风风场与常规大风风场有不同的湍流特性,同时台风期间较高的风速会引起巨大的台风浪.本文考虑台风经过期间独特的风场及波浪场,开展风浪联合作用对大型单桩海上风机影响的研究.基于DTU 10 MW大型单桩风机,运用一体化分析软件SIMA建立风浪联合作用下大型单桩风机的耦合数值模型,研究台风经过不同阶段大型风力机的动力响应特性.计算结果显示,叶片变桨能有效降低台风经过时风机叶片所受风载荷,变桨状态下单桩风机所受风载荷主要来源于塔筒.在台风经过的不同阶段,大型单桩海上风机结构表现出不同的动力特性.台风全过程塔筒运动均受波浪激发一阶频率控制,塔基上方结构动力载荷以惯性载荷为主,FOVS至FEWS阶段及BOVS阶段至BEWS阶段塔筒运动一阶频率处响应能量增长较小,响应能量向低频及波频转移.塔基下方泥面线处剪力响应受波频控制,弯矩响应受一阶频率控制. 展开更多
关键词 式海上风机 耦合数值模型 台风浪 动力特性
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基于PC-Kriging模型的极端环境下海上风机基础可靠性分析
12
作者 李志川 祁雷 +3 位作者 刘小燕 李宁 张庆巍 杜尊峰 《船海工程》 北大核心 2024年第3期84-89,共6页
为研究基础结构的材料属性和尺寸对单桩式海上风机基础可靠性的影响,提出基于PC-Kriging模型(Polynomial-Chaos-based Kriging,PC-Kriging)和蒙特卡洛模拟(Monte Carlo Simulation,MCS)方法,结合IEGO学习函数建立的单桩式海上风机基础... 为研究基础结构的材料属性和尺寸对单桩式海上风机基础可靠性的影响,提出基于PC-Kriging模型(Polynomial-Chaos-based Kriging,PC-Kriging)和蒙特卡洛模拟(Monte Carlo Simulation,MCS)方法,结合IEGO学习函数建立的单桩式海上风机基础可靠性分析模型,并通过算例验证了该方法的精确性。以50年重现期的海况为极端环境,考虑材料密度、弹性模量和桩腿壁厚的不确定性,进行单桩式海上风机基础在塔筒顶部位移和应力控制两个失效因素下的可靠性分析,并进行全局灵敏度分析。分析结果表明,单桩式海上风机基础失效概率为8.4×10-3,材料密度对可靠性影响可以忽略不计,而材料弹性模量和桩腿壁厚对可靠性影响较大。 展开更多
关键词 可靠性分析 式海上风机基础 PC-Kriging模型 IEGO学习函数 全局灵敏度分析
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单桩式海上风力机整体化地震反应 被引量:4
13
作者 席仁强 杜修力 +2 位作者 王丕光 许成顺 许坤 《浙江大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第4期757-766,共10页
为了探讨风-波浪-地震共同作用下单桩式海上风机(OWTs)的动力行为,以National Renewable Energy Laboratory(NREL)5 MW风力发电机为研究对象,将风、地震作为独立事件,根据风-波浪统计关系确定波浪谱参数.改进FAST软件以模拟土-结相互作... 为了探讨风-波浪-地震共同作用下单桩式海上风机(OWTs)的动力行为,以National Renewable Energy Laboratory(NREL)5 MW风力发电机为研究对象,将风、地震作为独立事件,根据风-波浪统计关系确定波浪谱参数.改进FAST软件以模拟土-结相互作用,考虑停机、运行和应急停机3种工况,采用气动-伺服-水动-弹性耦合方法分析海上风机地震响应.算例表明,工作状态显著影响海上风机支撑结构的运动和内力,规律与地震强弱有关;地震动显著影响叶片挥舞振动速度;在风-波浪-地震的共同作用下,海上风机支撑结构危险截面剪力和弯矩峰值超过极端风-波浪作用效应. 展开更多
关键词 式海上风机 风-波浪-地震共同作用 风-波浪统计关系 土-结相互作用 地震响应
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考虑桩-土相互作用的超大型单桩式海上风机结构地震响应
14
作者 许成顺 李超越 +1 位作者 石世刚 孙毅龙 《北京工业大学学报》 CAS 2024年第11期1301-1311,共11页
为了解决桩-土相互作用对超大型单桩式海上风机结构地震响应影响的问题,基于IEA 15 MW的固定式单桩海上风机原型,使用Abaqus建立考虑桩-土相互作用与泥面固定2种风机结构模型,桩-土相互作用通过一组非线性弹簧模拟。考虑风-波浪与地震... 为了解决桩-土相互作用对超大型单桩式海上风机结构地震响应影响的问题,基于IEA 15 MW的固定式单桩海上风机原型,使用Abaqus建立考虑桩-土相互作用与泥面固定2种风机结构模型,桩-土相互作用通过一组非线性弹簧模拟。考虑风-波浪与地震联合作用,分析桩-土相互作用对超大型固定式单桩海上风机结构动力响应的影响。结果表明:针对超大型海上风机,桩-土相互作用效应使风机支撑结构的特征频率降低3%~6%;考虑桩-土相互作用的大兆瓦风机动力响应远大于泥面固定风机模型的动力响应;海上风机尺寸越大,桩-土相互作用引起的海上风机结构动力响应偏差越显著。 展开更多
关键词 -土相互作用 风-波浪-地震联合作用 式海上风机 支撑结构 特征频率 动力响应
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Zonal Coupling Analysis Method of Seismic Response of Offshore Monopile Wind Turbine
15
作者 XU Xiaofeng CHEN Shaolin SUN Jie 《Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics》 EI CSCD 2024年第S01期103-110,共8页
The seismic safety of offshore wind turbines is an important issue that needs to be solved urgently.Based on a unified computing framework,this paper develops a set of seawater-seabed-wind turbine zoning coupling anal... The seismic safety of offshore wind turbines is an important issue that needs to be solved urgently.Based on a unified computing framework,this paper develops a set of seawater-seabed-wind turbine zoning coupling analysis methods.A 5 MW wind turbine and a site analysis model are established,and a seismic wave is selected to analyze the changes in the seismic response of offshore monopile wind turbines under the change of seawater depth,seabed wave velocity and seismic wave incidence angle.The analysis results show that when the seawater increases to a certain depth,the seismic response of the wind turbine increases.The shear wave velocity of the seabed affects the bending moment and displacement at the bottom of the tower.When the angle of incidence increases,the vertical displacement and the acceleration of the top of the tower increase in varying degrees. 展开更多
关键词 offshore monopile wind turbine seismic response analysis soil-junction interactions fluid-structure inter-action
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基于DEM-FEM耦合方法的海上风机结构冰激振动分析 被引量:7
16
作者 杨冬宝 高俊松 +2 位作者 刘建平 宋础 季顺迎 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期682-692,共11页
冰载荷是海上风机在寒区安全运行的重要影响因素之一,由其引发的冰激振动给风机结构带来了严重的危害.本文通过离散元(discrete element method, DEM)--有限元(finite element method, FEM)耦合方法建立了寒区单桩式风机结构的冰激振动... 冰载荷是海上风机在寒区安全运行的重要影响因素之一,由其引发的冰激振动给风机结构带来了严重的危害.本文通过离散元(discrete element method, DEM)--有限元(finite element method, FEM)耦合方法建立了寒区单桩式风机结构的冰激振动模型.采用具有粘结-破碎性能的球体离散单元描述平整海冰损伤破坏行为,采用梁单元和三角形平板壳单元构造带有抗冰锥体的单桩式风机有限元模型.采用DEM-FEM耦合方法模拟不同冰速、冰厚条件下单桩式风机与平整冰相互作用过程,并且与IEC规范和ISO标准经验公式对比验证该耦合模型计算冰载荷的准确性.对比风机塔筒顶端和基础顶端的位移和加速度响应时程,定性地给出风机结构不同部位振动响应行为差异性.风机不同部位动力特性差异原因为风机结构独特结构特点:下部为大刚度桩基和上部为高柔度塔筒,使其动力特征表现为主从式结构特性."主-从式结构"特征使得结构在复杂的冰载荷作用下,风机塔筒(子结构)和桩基(主结构)表现为不同的响应行为,风机不同部位振动周期和加速度谱两者出现差异.本文研究成果为海上风机抗冰设计和疲劳分析提供了有益参考. 展开更多
关键词 海冰 式海上风机 冰载荷 冰激振动 DEM-FEM耦合方法
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Multi-criteria assessment of offshore wind turbine support structures based on dynamic property optimization
17
作者 孟珣 Shi Ruifeng 《High Technology Letters》 EI CAS 2014年第4期421-428,共8页
Increasing size of wind turbine and deep water deployment have raised the issue of appropriate selection of the most suitable support structure to make offshore wind energy cost competitive.The paper presents an optim... Increasing size of wind turbine and deep water deployment have raised the issue of appropriate selection of the most suitable support structure to make offshore wind energy cost competitive.The paper presents an optimization methodology for decision making process of bottom mounted supports of offshore wind turbines (OWTs) through reasonable engineering attributes derivation.Mathematic models of support structures are reduced by the generalized single-degree-of-freedom theory with relatively fewer structural parameters.Soft-stiff design optimization based on dynamic properties of OWTs is performed for monopile and lattice supports with different wind turbines,water depth and hub height.Attributes of support structures,wind turbines and environment conditions are applied in the multi-criteria decision making method——TOPSIS for benchmarking of those options.The results illustrate the effectiveness of the proposed optimazation methodology combined with economical and environmental attributes together. 展开更多
关键词 offshore wind turbines (OWTs) support structure finite element method generalized single-degree-of-freedom (GSDOF) system dynamic property technique for order preference by similarity to ideal solution (TOPSIS) method
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